苔藓与维管植物对重金属富集效应的研究

摘要

本研究对火力发电厂周边区域苔藓植物、维管植物的种类及生物结皮的类型进行了调查和检点，选出调查区域内优势苔藓植物对齿藓和真藓以及维管植物小叶杨和油蒿作为实验材料，应用原子荧光光度法、原子吸收分光光度法、火焰原子吸收光谱法等方法，监测和研究了达拉特旗火力发电厂周边生态系统中重金属元素(Zn、Pb、Co、Ni、Cr、Al、Cu、Cd)的富集规律。得出以下结论:
　　1.研究区域苔藓3科7属17种，其中丛藓科5属12种，占总种数的70.6％，葫芦藓科1属1种，占总种数的5.88％，真藓科1属4种，占总种数的23.5％。真藓为优势种，对齿藓为亚优势种。维管植物19科58属89种，其中油蒿为沙地的建群种，广泛分布于研究区域，形成油蒿群落，小叶杨属于研究区域大面积人工栽培的乔木，也广泛分布于研究样地。
　　2.通过对火力发电厂周边重金属Cd、Cr、Cu、Zn、Pb的生物有效性进行分析和评价，发现土壤重金属以4种形态存在，分别为酸提取态、氧化物结合态、有机结合态和残余态，土壤的重金属主要以残余态存在，有机结合态所占比例最小。残余态所占总量的比例反映土壤中重金属的自然含量。Zn、Cr和Cu的残余量比例较大，而Cd和Pb的值相对较小。说明Zn、Cr和Cu更多地残留于土壤中，而Cd和Pb的其他形式存于土壤中的比例相对较大。
　　3.内蒙古风沙土背景值中重金属元素含量与对照点土壤中金属元素含量基本一致，说明在达拉特电厂背风向土壤不存在污染，在电厂下风向存在不同程度的重金属污染。重金属含量随距电厂距离梯度的增加，均表现为先下降后升高再下降的波动变化趋势。根据CF污染指示因子分级可知，土壤样品污染程度为Cd＞Cr＞Zn＞Cu＞Pb。根据综合污染指数分级，土壤样品中重金属污染程度为2.5km＞2km＞3km＞1km＞3.5km＞4km＞对照点。大气降尘的重金属综合污染指数为11.43，表明大气降尘的重金属污染严重。
　　4.生物结皮广泛分布于研究区域，生物结皮是生物和土壤的有机复合体，藓结皮中苔藓种类主要为真藓以及对齿藓。真藓和对齿藓对重金属元素的相对吸收率均表现为Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Cd。根据EF富集指标可知，两种苔藓植物对于不同金属污染的监测指示作用不同，真藓对于Zn、Pb、Ni、As的富集作用强，而对齿藓对Cr、Cu、Hg的富集作用强。通过分析植物相对吸收率，Zn的相对吸收率最高，Hg、Cd和As较低。真藓和对齿藓对Pb、As、Cr、Ni的吸收能力均强，可用于Pb、As、Cr、Ni污染的土壤修复。真藓5种重金属含量随距离梯度的变化，其中Zn含量最高，Cd含量最少，呈现Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Cd的趋势。通过对苔藓植物随生长时间吸收重金属的累积效应研究发现，真藓体内重金属元素含量均呈现出Cr＞Pb＞Zn＞Ni＞Cd＞Co的趋势，随着固定沙丘生物结皮发育年限的增加，苔藓植物体内重金属含量也随着年代的增加呈现明显的累积趋势。
　　5.植物样品中在电厂下风向植物中重金属含量明显高于对照点植物重金属含量，且随距离电厂的增加也表现出先增加后减小的趋势，重金属含量在距电厂厂界1.5-2km达到最大后下降。小叶杨和油蒿中金属元素含量均表现为Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Cd，与真藓中重金属含量表现一致。苔藓与土壤、小叶杨、油蒿重金属含量比较，苔藓植物体内重金属含量最高，土壤次之，维管植物体内重金属含量最低，表明苔藓植物作为重金属污染指示植物具有绝对的优势。
　　6.通过对达拉特火电厂周边土壤与苔藓中重金属进行相关性分析得出，土壤与苔藓中Cu、Cd元素存在显著相关性，土壤与苔藓中Cr、Pb、Zn元素不存在显著相关性。苔藓中各重金属间的Pearson相关系数，从中可以看出，Cu分别与Co、Cr和Ni存在显著相关，与Al、Pb和Zn不存在显著相关;Al同样分别与Co、Cr和Ni存在显著相关，与Pb和Zn不存在显著相关;Pb只与Zn存在显著相关，与Co、Cr和Ni不存在显著相关;Co与Cr和Ni存在显著相关;Cr与Ni存在显著相关。这充分说明这几种元素在接受外界污染时存在一定的相似性，污染来源相似，均来自于达拉特火电厂。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 选题的目的和意义

1．1．1 选题的目的

1．1．2 选题的意义

1．2 研究区域重金属污染的来源和研究价值

1．3 环境重金属污染研究的对象

1．3．1 研究区域苔藓植物的物种组成和对环境污染的监测

1．3．2 藓结皮对环境重金属污染的监测

1．3．3 维管植物对环境重金属污染的监测

1．4 国内外研究进展

2 研究区或概况

3 研究百标、内容和方法

3．1 研究目标

3．2 研究内容

3．3 研究思路

3．4 技术路线

3．5 研究方法

3．5．1 研究样地的设置

3．5．2 实验仪器和药品

3．5．3 实验方法

4 结果分析

4．1 苔藓、藓结皮和维管植物种类及分布规律

4．2 火力发电厂周边土壤污染分析

4．2．1 火力发电厂周边土壤重金属含量变化

4．2．2 土壤重金属生物有效性分析

4．2．3 利用污染因子指示研究区域土壤重金属污染

4．3 火电厂周边苔藓植物和藓结皮污染指示分析

4．3．1 苔藓重金属含量变化

4．3．2 苔藓植物随生长时间吸收重金属的累积效应

4．3．3 藓结皮重金属含量空间分布特征

4．3．4 真藓与对齿藓对重金属元素污染指示作用的差异

4．3．5 苔藓与土壤、小叶杨以及油蒿重金属含量的比较

4．3．6 元素在同种植物的不同部位的含量比较

4．3．7 维管植物距离梯度下不同元素含量比较

4．3．8 不同植物对重金属相对吸收率分析

4．4 重金属之间的相关性分析

4．4．1 苔藓植物体中重金属之间的相关性

4．4．2 苔藓与土壤中重金属相关性

5 结果讨论

参考文献

致谢

附录：研究区域高等植物名录植物名录